Найден способ получения более безопасных ИПСК

Поврежденные ткани поджелудочной железы, сердца, нервная ткань восстанавливаются для лечения сердечно-сосудистых, нейродегенеративных заболеваний и диабета – вот тот амбициозный сценарий, к которому стремится регенеративная медицина и который считается одной из крупнейших надежд биомедицины XXI века в лечении длинного списка заболеваний человека. Основным подходом биомедицины является использование стволовых клеток, способных давать начало клеткам различных типов тканей.

2006 год стал знаковым для этой области, когда японский ученый Шинья Яманака (Shinya Yamanaka) впервые получил в лаборатории плюрипотентные стволовые клетки. Они способны дать начало любому типу клеток (будь то инсулин-продуцирующие бета-клетки поджелудочной железы, кардиомиоциты и др.) и известны как индуцированные плюрипотентные стволовые клетки (ИПСК), поскольку их получают из взрослых клеток организма путем репрограммирования обратно в стволовое состояние. Метод репрограммирования клеток устраняет одну из крупнейших этических дилемм нашего времени: до момента создания ИПСК плюрипотентные стволовые клетки могли быть получены лишь из эмбрионов, которые для этого уничтожались.

Однако, по словам Оскара Фернандеза-Капетилло (Óscar Fernández-Capetillo), руководителя Группы Геномной Нестабильности (Genomic Instability Group) Испанского Национального Центра Исследования Рака (Spanish National Cancer Research Centre, CNIO), недостатком метода Яманака является повреждение генома стволовых клеток, что ставит вопросы безопасности таких клеток. Несмотря на то, что факт повреждения ДНК ИПСК известен, его причины не были ясны.

Согласно статье, опубликованной в журнале Nature Communications, исследовательская группа под руководством Фернандеза-Капетилло установила, что повреждение генома ИПСК является результатом очень специфического типа стресса, которому подвергаются клетки в процессе репрограммирования – репликативного стресса, который возникает при увеличении клетками скорости деления. Кроме того, основываясь на данном факте, авторы публикации разработали стратегию снижения этого стресса, что привело к получению плюрипотентных стволовых клеток с меньшим уровнем повреждения генома.

Полученные результаты стали значительным шагом вперед, касающимся возможности использования ИПСК, поскольку спустя почти десятилетие с момента открытия появился более эффективный способ их получения с меньшим повреждением ДНК, что делает клетки потенциально более безопасными.

Стволовые клетки со стабильным геномом

Природа повреждений ДНК, наблюдаемая в ИПСК, активно обсуждалась на протяжении нескольких лет в связи с тем, что повреждения связаны с перестройками крупных фрагментов хромосом, что потенциально может привести к опасным мутациям при клиническом использовании.

В статье, опубликованной в журнале Nature в 2009 г., исследовательская группа, возглавляемая Марией Бласко (María Blasco) из CNIO Telomeres and Telomerase groups, совместно с группой Фернандеза-Капетилло описала, как повреждения ДНК приводят к опасным последствиям репрограммирования клеток, ограничивая этот процесс и снижая его эффективность.

Теперь группа Фернандеза-Капетилло не только установила происхождение повреждений, но и смогла значительно их уменьшить, потенциально повысив безопасность ИПСК для применения в биомедицине.

Чтобы уменьшить повреждение стволовых клеток и, таким образом, достичь большей стабильности генома, ученые использовали двойной подход: генетический, увеличив выработку белка Chk1, восстанавливающего повреждения ДНК в результате репликативного стресса, и химический, основанный на добавлении среды, в которой клетки подпитываются нуклеозидами – строительными блоками ДНК.

«На основании нового исследования мы знаем, что добавление нуклеозидов снижает репликативный стресс, вероятно, способствуя успешной репликации ДНК при возрастании скорости деления клеток в ходе процесса репрограммирования», – объясняет Серджио Руиз (Sergio Ruiz), первый автор публикации.

Простота стратегии на основе нуклеозидов позволит широко использовать технологию лабораториями по всему миру, работающими с ИПСК, и таким образом сделать вклад в область регенеративной биологии.

Поврежденная ДНК (красного цвета) в клетках, подвергающихся репликативному стрессу, сходна с наблюдаемой в процессе репрограммирования клеток. (фото: CNIO)

По материалам Centro Nacional de Investigaciones Oncologicas (CNIO)

Оригинальная статья:
Sergio Ruiz, Andres J. Lopez-Contreras, Mathieu Gabut, Rosa M. Marion, Paula Gutierrez-Martinez, Sabela Bua, Oscar Ramirez, Iñigo Olalde, Sara Rodrigo-Perez, Han Li, Tomas Marques-Bonet, Manuel Serrano, Maria A. Blasco, Nizar N. Batada, Oscar Fernandez-Capetillo. Limiting replication stress during somatic cell reprogramming reduces genomic instability in induced pluripotent stem cells. Nature Communications, 2015; 6: 8036 DOI: 10.1038/ncomms9036